JP6516566B2 - 除湿乾燥装置 - Google Patents

Description

この発明は、魚介類、肉、野菜、果物などの食品その他の被乾燥物を収容した乾燥庫内の空気を除湿することにより、被乾燥物を乾燥する除湿乾燥装置に関するものである。

除湿乾燥装置は、被乾燥物を収容した乾燥庫の空気の相対湿度を低下させることにより、被乾燥物内の水分の蒸発を促進して乾燥を行うものである。除湿乾燥装置としては、冷媒の蒸発温度（露点）を−５〜−１５℃に設定したヒートポンプ型の中温用空気冷却機（以下「中温機」と言う。）が広く利用されている。

従来の一般的な除湿乾燥装置は、中温機を単体で用いており、乾燥庫内の空気（以下「庫内空気」と言う。）は、乾燥庫内から中温機に吸引され、中温機の蒸発器と凝縮器とを直列に通過して、全量が乾燥庫内に吹き戻されている。このような除湿乾燥装置では、運転により庫内空気の温度が上昇する。

到達可能な庫内空気の相対湿度をより低くするために、中温用と低温用の２系統の空気冷却機を設けた装置も提案されている（特許文献１−３）。中温機単体の除湿乾燥装置は、庫内空気の相対湿度を３０％前後までを限度に、被乾燥物を乾燥してゆくことができる。一方、中温用と低温用の空気冷却機を備えた除湿乾燥装置は、庫内空気の相対湿度を２０％前後にまで下げることができる。

特開昭５２−４８１５５号公報 実開昭５８−１２６６２２号公報 特開２００２−２２８１８８号公報

食品を早く乾燥するには温度を高くすれば良いが、魚介類などでは食品が変質する。フリーズドライでは、味が変化する。常温乾燥が最も良いが、乾燥に時間がかかるという欠点がある。

飽和水蒸気圧は、空気温度が低くなれば低下するから、庫内空気の相対湿度を低くするには、空気冷却機の吸熱側の熱交換器（蒸発器。以下、単に「熱交換器」と言い、放熱側の熱交換器は「凝縮器」と言う。）の温度を低くしてやれば良い。しかし、熱交換器の温度を低くする（例えば、−３０℃）と、空気中の水蒸気が熱交換器に付着して空気の通過を妨げ、熱伝導率も低下するので、乾燥に非常に長い時間を必要とし、達成できる相対湿度の値にも限界が生じ、１８％以下にするのが困難である。

この問題を解決する方法として、乾燥の進行に伴って低下する庫内空気の相対湿度に合わせて熱交換器の温度を低くすることが考えられるが、食品の種類や水分量によって乾燥の進行対応が異なるので、複数系統の空気冷却機や複数の空気流路を設けて、通過空気の相対湿度を検出しながら、それらを切り換える必要があるなど、装置構造と制御が複雑になるという問題が生ずる。

この発明は、簡単な構造で乾燥工程の途中で熱交換器や空気流路を切り換えることなく、庫内空気の相対湿度を一桁台に低下させることができる食品の除湿乾燥装置を得ることを課題にしている。

この発明の除湿乾燥装置は、熱交換器３を水滴吸着域（中温側）３２と霜吸着域（低温側）３１（３１a、３１ｂ）とに分割した空気冷却機を備えている。熱交換器３は、除湿乾燥装置内を循環する循環空気の大部分が水滴吸着域３２と霜吸着域３１とをこの順序で通過し、一部が霜吸着域を２度通過するように設けられる。

熱交換器３は、空気の流路を遮蔽するように設けられる。通過空気は、冷媒管３３、３４と吸熱フィン３８とで形成される網目を通って通過して行くが、結露した水滴がフィン３８又は冷媒管３３、３４に沿って流下するように、霜吸着域３１を上方にして上下方向に設けられる。水滴吸着域３２の面積は、霜吸着域３１の面積より広くするのが良く、水滴吸着域３２及び水滴吸着域に隣接する霜吸着域３１ｂを通過した循環空気が反転して霜吸着域３１の上方部３１ａを通過するように循環空気の流路を形成するのが合理的である。

水滴吸着域３２に隣接する霜吸着域３１ｂは、乾燥工程の初期において、多くの霜が付着することとなるが、水滴吸着域３２からの伝熱により、霜の付着が抑制され、かつ除湿能力も大きい。万一、この部分が霜で閉鎖されても、庫内空気は水滴吸着域３２を通って循環するので、除湿能力を大きく低下させることはない。一方、霜吸着域の上方部３１ａは、水滴吸着域３２で除湿された空気が通過するので、霜の付着が抑制される。

熱交換器３の水滴吸着域３２と霜吸着域３１とには、１台の冷媒コンプレッサ４５から吐出した冷媒が供給されており、霜吸着域３１を通る冷媒の量と水滴吸着域３２を通る冷媒の量とを調節する調整器３７が設けられている。霜吸着域３１と水滴吸着域３２の冷媒管３３、３４の入口には、それぞれの膨張弁３５、３６が設けられており、霜吸着域３１の冷媒温度を水滴吸着域３２の冷媒温度より低く設定できるようになっている。

乾燥庫１内には、ターンテーブル１１が設けられ、収納した被乾燥物ｗを乾燥庫１内で回転させることによって、収納した被乾燥物が均一に乾燥されるようにしている。例えば昆布などの被乾燥物を吊り下げて乾燥する場合には、ターンテーブル１１は、乾燥庫１の天井に設ける。

熱交換器３を通過した空気の戻り路２２には、庫内温度を所望の温度に設定するための主ヒータ５が設けられ、このヒータで加温された除湿空気が乾燥庫１内に流入する。設定する庫内温度は、乾燥する食品の種類によって異なり、魚介類では１５℃前後が好ましいが、糖分の多い食品は、５０℃程度にして乾燥速度を速くすることができる。

好ましいこの発明の除湿乾燥装置は、庫内空気を循環するブロワ２の他に、水滴吸着域３２を通過する空気の割合を調整するインバータ制御の補助ブロワ７を備えている。更に、補助ブロワ７を通過する空気を加温する補助ヒータ８を設けるのがより好ましい。補助ブロワ７のモータをインバータ制御し、水滴吸着域３２を通過する空気の量と、水滴吸着域３２に隣接する霜吸着域３１ｂを通過する空気の量との割合を調節することにより、霜吸着域３１に付着する霜の量を調整することができ、運転条件を細かく調節することができる。

補助ブロワ７の空気を加温する補助ヒータ８は、なくてもよいが、１５℃前後の低い庫内温度で乾燥するときは、補助ブロワ７の吐出空気を少し暖めた方が効率よく乾燥することができる。

空気冷却機の熱交換器３の表面全体を−１５℃にしたときは、湿度はある程度（１８％程度）下がるが、それ以上は下がらない。全体を−３０℃にすると、乾燥初期に熱交換器が凍結して、熱伝導が悪くなり、空気の流路面積も低下するので、乾燥に時間がかかり、熱交換器の霜取りも必要である。

この発明では、熱交換器を上下で二分割し、上段は霜吸着域（−３０℃前後）、下段は水滴吸着域（−１５℃前後）の表面温度を作り出すことにより、どちらか一方の方法のみでの稼働時に起こりがちな霜付着域（−３０℃）のみによる能力低下や、水滴域（−１５℃前後）のみによる庫内湿度の低下不足を解消している。

熱交換器を水滴吸着域と霜吸着域に分けることによって、水滴吸着域では蒸気が水になって流下し、そこを通過した後の霜吸着域では、蒸気が霜になって除湿される。乾燥が進行して庫内の湿度が低下すると、水滴吸着域ではほとんど結露せず、霜吸着域でのみ除湿が行われるようになり、運転条件を調整することにより庫内空気の相対湿度を約４％前後にまで下げることができる。

更に、熱交換器３の分割構造と補助ブロワ７の併用により、より様々な被乾燥物に対応できると同時に、乾燥の時間の更なる短縮を図ることができる。

この発明の一実施例を示す断面側面図 図１のＡ部における平面図 図１のＢ部における平面図 熱交換器の冷媒管を示す正面図

以下、図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。図に示す実施例の除湿乾燥装置は、乾燥庫１の底面にターンテーブル１１を備えている。ターンテーブル１１には、被乾燥物ｗを入れたせいろ１２が積重されている。ターンテーブル１１は、外周を複数個のガイドローラ１３で案内され、減速機付きモータ１４でゆっくりと回転駆動されている。被乾燥物ｗをターンテーブル１１上に収納しているのは、全体が満遍なく乾燥するようにするためである。乾燥庫１には、被乾燥物を搬入搬出するための扉１５が設けられている。

乾燥庫１は、その天井部と図１の右側の部分が隔壁１６で仕切られて、循環空気の戻り路２２とブロワ２の吸入路２３が形成されている。図の装置では、ブロワ２が４個設けられている。乾燥庫の図１の左側には、空気冷却機の熱交換器３で循環空気の反転路２１が区画形成されている。空気冷却機の本体４１は、隔壁４２、４３で区画された空間内に設置されており、その凝縮器４４は、乾燥庫の外に設置されており、空気冷却機本体４１や凝縮器４４の放熱によって庫内温度が影響されないようにしている。

庫内空気は、ブロワ２により、図１の右から左へと流れ、熱交換器３を通過して、反転路２１を上方へ流れた後、反転して再度熱交換器３の上方部３１ａを通って戻り路２２を流れ、吸入路２３へと流れてブロワ２へと循環する。

板状の熱交換器３は、低温管３３を配置した上方の霜吸着域３１と中温管３４を配置した下方の水滴吸着域３２とを備えている。低温管３３及び中温管３４は、何れも冷媒管で、同一の冷媒コンプレッサ４５から吐出された冷媒が分岐されて、それぞれの膨張弁３５、３６を通って流入している。霜吸着域３１の冷媒の圧力は、水滴吸着域３２の冷媒の圧力よりも低く、従って、霜吸着域３１の冷媒温度は、水滴吸着域３２の冷媒温度より低い。

中温管３４の出口には、霜吸着域３１を通る冷媒の量と水滴吸着域３２を通る冷媒の量とを調節する調整器３７が設けられている。中温管３４を通過した冷媒は、調整器３７で低温管３３の冷媒圧力に降下して、低温管３３の冷媒と合流している。水滴吸着域の冷媒の圧力は、この調整器３７を通過することによって、霜吸着域３１の冷媒の圧力と同じ圧力にまで低下する。

調整器３７は、霜吸着域３１を通る冷媒の量と水滴吸着域３２を通る冷媒の量との割合を調節するものである。実施例では、調整器３７を中温管３４の出口に設けているが、低温管３３の出口に設けても良く、また、冷媒管３３、３４の入口側に設けても良い。

実施例の除湿乾燥装置では、霜吸着域３１の表面温度が−３０℃、水滴吸着域３２の表面温度が−１５℃になるように膨張弁３５、３６の開度を設定している。なお、熱交換器３の吸熱フィン３８は、霜吸着域３１と水滴吸着域３２とで分割されることなく一体に設けられている。

乾燥庫１と戻り路２２とを区画している隔壁１６は、霜吸着域３１と水滴吸着域３２の境ｓより上方に位置している。循環空気は、熱交換器３を一度通過して反転路２１に流入した後、反転して再度熱交換器の霜吸着域３１の上方部３１ａを通過して、戻り路２２へと流入する。熱交換器の霜吸着域３１と水滴吸着域３２の境ｓが隔壁１６より下方に位置しているため、循環空気の一部は、水滴吸着域に隣接する霜吸着域３１ｂと、その上方の霜吸着域３１ａとを通って戻り路２２に流入し、面積差の関係で、大部分の循環空気は、水滴吸着域３２を通った後、霜吸着域の上方部３１ａを通って戻り路２２に流入する。

水滴吸着域３２では、熱交換器３に結露した水蒸気が吸熱フィン３８を伝って流下し、その下方に設けた水受け３９へと流入する。霜吸着域３１では、空気中の水蒸気が吸熱フィン３８や冷媒管３３の表面に霜となって付着するが、水滴吸着域３２に隣接する霜吸着域３１ｂでは、その一部が水滴となって流下して、霜の付着が抑制されている。実施例の除湿乾燥装置では、熱交換器３の下方２／３が水滴吸着域３２とされ、上方の１／３が霜吸着域３１となっている。

戻り路２２には、殺菌装置６と主ヒータ５とが配置されている。主ヒータ５は電気ヒータで、庫内に設置した図示しないサーミスタの検出温度によって主ヒータ５を流れる電流を制御することにより、庫内温度を設定された温度に保持している。主ヒータ５によって加温されて相対湿度が低下した空気は、ブロワ２により乾燥庫内へと吹き出される。

乾燥庫１の空気流出側下方部には、熱交換器の水滴吸着域３２に向けて空気を吐出する補助ブロワ７と、当該補助ブロワの吐出空気を加温する補助ヒータ８とが設けられている。補助ブロワ７は、インバータモータによって駆動されており、吐出風量を調整できるようになっている。前述したように、循環空気の一部は、霜吸着域３１を２度通過して循環するが、この補助ブロワ７を駆動することによって、水滴吸着域３２を通過する空気の量を多くすることができ、更に補助ヒータ８に通電することにより、霜吸着域の上方部３１ａを通過する空気の温度を調整して、霜吸着域３１での霜の付着量を調整することができる。

上記のように構成された除湿乾燥装置の運転条件は、主ヒータ５の設定温度と、熱交換器３の調整器３７と、補助ブロワ７の風量によって設定する。これらは、食品の種類や含水率に応じて調整するが、乾燥初期から終了までの間、これらの設定値を変更する必要はない。

庫内温度は、１５℃〜５０℃程度で、魚介類は１５℃前後で乾燥するのがよい。糖質の多い食品は、高い温度で乾燥することができる。空気冷却機本体４１や凝縮器４４の発熱で庫内温度が影響されないように、空気冷却機本体４１と凝縮器４４を乾燥庫から分離して設置することで、庫内温度を低温（１５℃前後）から比較的高温（５０℃前後）まで自由に設定して、食品の種類に応じた乾燥操作が可能になる。

熱交換器３の調整器３７は、熱交換器の下の領域が−１５℃、上の領域が−３０℃程度になるように調整する。ブロワ２の風量は、一定で良いが、庫内温度を高くしたときは、風量は少なめにするのがよいので、多種の食品の乾燥を行うときは、可変にした方がよい。しかし、魚介類を乾燥すると、においが残るので、実際問題としては、どちらかの専用になり、その場合には、ブロワの風量は一定でよくなる。

この発明の除湿乾燥装置では、乾燥工程の始めの段階では、水滴吸着域３２で主に除湿が行われ、相対湿度が低下する乾燥工程の終期では、水滴吸着域３２では殆ど除湿が行われずに、霜吸着域３１で除湿が行われる。すなわち、相対湿度をそれほど下げなくても乾燥が行われる乾燥初期においては、水滴吸着域３２で主に除湿され、相対湿度が低下した乾燥工程の終期において、低温に設定された霜吸着域で除湿が行われるので、乾燥終期には、庫内の相対湿度を十分に低下させることができ、しかも熱交換器３に付着する霜を抑制することができ、常温に近い温度での乾燥を効率良く行うことが可能になる。

１ 乾燥庫
２ ブロワ
３ 熱交換器
５ 主ヒータ
７ 補助ブロワ
８ 補助ヒータ
１１ ターンテーブル
２２ 空気の戻り路
３１（３１a、３１ｂ） 霜吸着域
３２ 水滴吸着域
３３ 低温管
３４ 中温管
３５、３６ 膨張弁
３７ 調整器
３８ 吸熱フィン
４５ 冷媒コンプレッサ
ｗ 被乾燥物

Claims (11)

1. 乾燥しようとする食品を収納する乾燥庫と、乾燥庫内の空気が循環する流路と、該流路内の空気中の水蒸気を除去する熱交換器及び該熱交換器で冷却された空気を加温するヒータとを備えた食品の除湿乾燥装置において、
   該熱交換器は、通過する空気中の水蒸気を結露水として除去する水滴吸着域と、通過する空気中の水蒸気を結氷して除去する霜吸着域と
   を備え、
   一部の循環空気が該水滴吸着域に隣接する該霜吸着域を通過したあとその上方の霜吸着域へと案内される、食品の除湿乾燥装置。
2. 前記流路は、前記水滴吸着域を通過した循環空気が前記霜吸着域へと案内されるように構成されている、請求項１記載の除湿乾燥装置。
3. 前記水滴吸着域と前記霜吸着域とを通過する冷媒の割合を調整する調整器をさらに備える、請求項１または２記載の除湿乾燥装置。
4. 循環空気の大部分が前記水滴吸着域を通過したあと前記霜吸着域へと案内される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の除湿乾燥装置。
5. 前記流路に前記空気を循環するブロワを備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の除湿乾燥装置。
6. 前記霜吸着域が前記水滴吸着域より小さい空気流路を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の除湿乾燥装置。
7. 前記水滴吸着域を通過する空気の量を調整する補助ブロワを備えている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の除湿乾燥装置。
8. 前記補助ブロワは、インバータモータによって駆動する、請求項７に記載の除湿乾燥装置。
9. 前記補助ブロワの吐出空気を加温する補助ヒータを備える、請求項７または８記載の除湿乾燥装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の除湿乾燥装置によって食品を除湿乾燥する工程を包含する、乾燥食品の製造方法。
11. 前記食品は、魚介類、肉、野菜、果物の群から選択される少なくとも１種類である、請求項１０に記載の製造方法。
    

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